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散熱器表麵前處理的發展方向及常見問題分析

發布時間:2015-11-03      瀏覽次數:4377次

  散熱器表麵處理分為前處理和後處理兩部分。前處理指金屬表麵的除油除氧化層、磷化、氧化鈍化等化學處理或拋丸、打磨等機械處理;後處理指電泳、噴粉、灌裝內防腐等物理吸附和化學熱固化過程。


  今天主要講述散熱器的金屬表麵前處理。由於前處理主要用化學方法處理,它直接涉及到產品質量、環保等企業可持續發展的大問題,應該引起企業的高度重視。

  一、散熱器前處理的現狀以及問題。

  前處理的發展方向是低汙染、低濃度、低消耗。先說低消耗低汙染,目前發達國家鋼鐵材料已經使用低磷磷化或無磷化處理,有色金屬如鋁、銅、鋅,幾乎使用的都是無鉻
磷化處理

  1、磷化處理需要磷酸。

  但不是磷酸根的含量越高越好,磷酸根含量高大大增加了廢水處理成本,生化方法會稍微好一些。磷酸根一般用總酸來反映,目前國內絕大多數企業工作液的總酸為25左右,其中包括德國漢高和日本帕卡。磷酸根越多越容易生成磷酸鐵、磷酸鋅沉渣,形成的磷化膜則易粗大、生鏽或掛白灰。

  2、
磷化液內雜質離子含量(氯離子、硫酸根離子等)太多,造成磷化後易生鏽和藥液消耗量增加。藥液內的雜質離子主要是由購買劣質價廉的原材料造成。氯離子含量高的主要原因是生產磷化液的廠家買的原材料裏的氯離子含量主要來源是硝酸鋅,采購的硝酸鋅價格,市場上便宜的就隻有4000多元每噸,用廢鋅渣生產的,主要是熱鍍鋅產生過程中產生的鋅灰、鋅渣。要用鋅錠生產,氯離子含量很低,但是價格比較高。

  3、鋅離子含量。

  形成磷化液的另一個更重要的容易被忽視的指標是鋅離子含量,如果鋅含量低,總酸再高也沒用,許多企業就是這樣行騙和被騙的。那麽低磷酸根的產品有那些優點,為什麽不生產呢?原因是技術含量要求高,生產過程不易控製。AG真人视讯生產的鋅係磷化液總酸隻有13左右,但在同樣價格下卻比25左右的節省近1/4的藥液,廢水處理成本節省的就更多了。

  磷化膜的形成機理是什麽呢?

  在酸性條件下,鐵被腐蝕掉極薄的一層,鐵離子和磷酸根結合。在促進劑的作用下,一部分磷酸鐵形成膜沉澱在鐵表麵,同時磷酸鋅也結晶在鐵表麵,它們共同形成鋅係磷化膜,當然還有其他成膜粒子,多餘的鐵離子就溶解在溶液裏。當溶液成分消耗均等的情況下,藥液消耗最少,酸度不發生大幅度變化,如果配方不夠理想,隨著藥液的補加,磷化液總酸和遊離酸比例發生較大變化。目前國內絕大部分磷化液廠商包括知名品牌如漢高等都必須定期測定其總酸和遊離酸,並補加中和劑(低濃度火堿水溶液),給操作帶來很大的麻煩。經常出現的不良結果是:使用一段時間,磷化膜質量突然下降,沉渣很多或沒有沉渣,必須大幅度調整磷化液。產生沉渣是鋅係磷化不可避免的,通過沉澱可清除多餘的鐵離子(以磷酸鐵形式沉澱),但不應形成大量的磷酸鋅沉澱,否則磷化液會失效。

  其生成過程是這樣的。(如圖)


磷化膜生產示意圖

  第一步是鋼鐵材料,藍色的是磷化液,首先第一步就是被酸腐蝕,表麵產生粗糙狀,鐵離子首先被溶解出來,如果鋼鐵表麵比較硬的話,鐵離子就不好溶解出來,一般酸洗能解決這個問題,這是第一步。然後反應產生氣泡,生成了氫離子。

  第二步就是磷酸鋅開始在鋼鐵表麵形成沉降膜,為什麽?磷酸和鐵反應的時候鋼鐵表麵產生了一層很薄很薄的堿性區域,這個藥液是酸性的,但是在鋼鐵那兒是堿性的,pH值在9.0左右,在堿性成分上磷酸鋅沉澱,產生磷化膜。

  第三步就是磷化膜慢慢生長,最後生長成比較厚的磷化膜。這個圖片(見後頁)就是磷化膜在1000倍的放大鏡下看到的,三種磷化膜,中間的是AG真人视讯生產的磷化液的磷化膜微觀結構。第一個是結晶的晶狀體,是發散狀的晶狀體。但是晶狀體中間斷了,而且晶狀體和晶狀體之間沒有交叉,就像刀痕切過一樣。所以它磷化以後表麵粗糙度比較大,有一點窪坑,容易產生鏽蝕。第二個也是晶狀體,但是第二個晶狀體比較多,比較密實,而且分布得很均勻,從放大的圖象可以看出互相交叉的,一個壓一個,且互相交接的過程有一些小圓的顆粒填充物,這個填充物就是磷化液裏的助劑。第三個圖片中磷化液的結晶是一些顆粒狀的東西,比較大,是堆積的,跟米粒一樣堆在一起,沒有鉸接,磷化膜在溫度變化特別快的情況下會發生平滑,產生剪切應力,稍微一碰,塗層就會脫落。

  這是AG真人视讯做的磷化膜的樣板,發灰藍色,原因是除了生成磷酸鋅以外有一部分的磷酸鐵,磷酸鐵生成比較多的話,磷化膜比較細密、光滑,防腐性能比較好。上麵第三個圖中出來的膜的情況是灰白色,發白,就是硫酸鋅的含量太多,而磷酸鐵太少,該磷化膜結晶顆粒比較大,表麵粗糙度比較大,彎折90度以後,一摸,磷化膜成了粉末,露出鐵的本色,好的磷化膜如果彎曲的話,最大的特點就是:擦拭後磷化膜不脫落,說明鐵和磷化膜結合得比較好,這樣磷化膜和底材的結合力就比較好,這是非常重要的。

  好的磷化液的特點是什麽呢?

  1、好的磷化液一定要操作簡便。測pH值(酸度)及促進劑含量即可,無需滴定測總酸、遊離酸,更無需添加中和劑。

  2、磷化膜細密光滑,顏色灰暗。質量好的磷化液磷化完以後表麵一定要光滑,不能粗糙。如果粗糙的話,一彎曲磷化膜就會掉,要不然手一擦就會有白灰;表麵結晶粗大,塗層和底材中間就像加了一層比較疏鬆的東西,整體結合力就不好。磷酸根含量太低,鋅含量太高,磷化膜就會呈現灰白色,不耐堿,所以色澤灰暗的磷化膜才好。

  鋁製、銅鋁複合散熱器,目前國內大部分企業采用鉻化處理,建議大家改用無鉻化處理。鉻是十分有害的重金屬,鉻化處理的產品歐盟已經禁止使用。無鉻處理的技術已很成熟,且成本很低,工藝簡單。

  鋼鋁複合處理對不少廠家來說仍然很頭痛,如果采用無鉻處理,鋼鋁複合散熱器可一次性完成前處理。

  目前北京AG视讯平台科技有限公司已經完成了低磷磷化及無鉻化化學前處理,無磷化處理正在緊張的研發階段,最晚明年投入市場,這將給散熱器行業的發展帶來福音。

  二、散熱器前處理的常見問題。

  1、酸液


  在不少地方進行技術服務時發現,市場上的鹽酸和硫酸存在很大問題,酸洗後影響磷化膜的形成,甚至無法生成磷化膜。主要原因是使用的鹽酸是化工、製藥等生產過程中的副產品,有些副產鹽酸的雜質具有很強的緩蝕性和毒害性,緩蝕膜吸附於鋼鐵表麵,不易生成磷化膜,有些雜質則和鐵離子生成沉澱,造成酸液極易渾濁。硫酸很多是廢酸,淨化後出售,造成酸液極易老化。

  現在由於很多廠家不太重視,用酸去鏽,也不去油,然後就磷化,酸是去不掉油的。市場買的酸的質量不好,很多是副產品,磷化後易生鏽,效果不好,所以要買合成酸。其次是,很多副產酸帶進來了某些有害酸洗磷化的物質,有機物和鐵反應,酸液渾濁,很快不能用了。

  2、管材

  劣質管材酸洗之前看不見,酸洗後表麵出現微裂紋、凹坑等缺陷,噴粉後比較明顯的就是有小坑、裂紋,有的可能沒有那麽嚴重,是一排一排的小針孔,打磨完以後再噴,沒有產生小針孔的地方又產生了小針孔,成本很高,外觀很差。

  3、酸液濃度過高

  酸洗液中酸濃度過高,易造成鐵鋼過腐蝕,酸內鐵離子濃度很快升高。酸濃度越高越好的觀念很不正確,其惡果是:酸洗液老化加快,磷化過程成本明顯提高。

  酸液老化的原因是鐵離子太多,緩蝕劑和低濃度能在很大程度上解決這個問題。酸濃度過高緩蝕劑的作用也會大大減弱,溶解鐵加快,鐵離子增多,很易老化。一旦老化補加很多酸,才能達到酸洗要求,環境不好,而且成本很高;另外還容易產生過腐蝕,鐵表麵腐蝕比較深,酸液漂洗不掉,磷化反應不停止,表麵就會產生有很多小鏽點。所以我建議酸洗時酸液濃度低一點,鹽酸的濃度30%左右,硫酸10-15%就可以了。這個濃度添加酸性除油劑後氣味很小,環境汙染很低。在正常工作下,要求酸洗三個月左右更換一次。

  4、除油

  千萬不要以為鹽酸能夠把油去掉。除油一定要充分,可達到事半功倍、節省成本的效果。熱軋鋼管也有很多油,現在熱軋管的工藝一般不單獨采用水冷卻,為保護軋輥大多數采用乳化液冷卻。冷拔管的冷卻更是五花八門,盡量少買采用廢油冷卻潤滑的鋼管,其惡果是:大大提高除油的負擔,成本會更高。

  5、磷化工藝

  磷化工藝越簡單越好,最好取消堿性除油。堿性除油已是很落後的工藝了。但再簡單也不能省去中和,這是十分重要的一步。中和可有效除去磷化後出現的許多毛病,並大大降低磷化成本。我發現許多企業酸洗後用兩遍水洗,以為可洗幹淨,其實三遍水也無法洗淨,如果化學品供應商說不必中和,那可視為沒有真正弄懂磷化處理,或者不好聽地說,掙了別人不幹淨的錢。酸堿中和很快就能把酸給中和掉,磷化後麵還有一遍漂洗,這樣就把管裏麵的酸和氯離子、硫酸根離子全部漂洗幹淨。

  6、散熱器磷化液

  散熱器磷化我一直講的是鋅係磷化,它的膜層顏色為灰色,其他更簡單的磷化如鐵係、鋅鐵係磷化都無法達到質量要求。

  有色院林樂耘教授做了一個對比實驗,用AG真人视讯生產的鋅係磷化液和鋅鐵係磷化液(鋅鐵係優於鐵係)處理鐵板,用AG真人视讯生產的內防腐塗料在同樣條件下塗裝固化,試樣在pH為13、溫度為90℃左右的堿性水中進行強腐蝕循環回路檢測,結果鐵係磷化處理的鐵板不到一周就起泡,鋅係磷化的鐵板三周都沒有變化,相差十分懸殊。

  林教授還做過另一個實驗,同是鋅係磷化,在上述實驗條件下,結果也不一樣,有些磷化樣板,不到2周就起泡開始脫落,結果在顯微鏡下觀察鋅係磷化膜的結晶狀態差別很大,如下圖。


顯微鏡下的磷化膜

  7、內防腐塗料及灌裝內防腐注意事項

  內防腐塗料分為油性、乳液和水性三種類型,三種塗料各有優缺點。

  油性塗料又分為高氣味和低氣味兩類,從環保角度上,又分為毒害性和微毒害性兩類。油性塗料因為穩定性好、性能優越被廣泛使用。但不應追求快速揮發,揮發快會大大降低成膜均勻性、固化強度、防腐性能,並大大增加稀釋的使用量和生產成本,降低生產安全性。

  乳液和水性塗料由於氣味低和生產安全廣受歡迎。但目前絕大部分廠家(努奧羅除外)在使用上存在很大隱患,主要是在不烘幹管內水分的情況下直接灌裝,造成烘幹後內壁出現大量鏽蝕、氣泡、蜂窩。另外,在潮濕氣候條件下容易流淌,造成露底、焊縫處掛不上膜等缺陷。水性塗料並不意味著可帶水(特別是含有酸和磷化液的水)直接灌裝內防腐塗料,那是十分錯誤的觀點。原因是:酸液會造成塗料凝聚結塊,降低樹脂含量,造成塗料烘幹後不光滑,防腐能力大大下降;殘留的水分會稀釋塗料嚴重影響成膜。

  灌裝內防腐前,盡量保證管內磷化膜不鏽蝕,如果磷化膜為上述圖片中的針狀結構,則有輕微泛黃,也能達到衝刷實驗要求。比較嚴重的鏽蝕,在溫度高的時候膨脹,塗料開裂,表麵拱脹起來。采用鐵係磷化時,由於殘留沒有反應完全的酸液,烘烤時易產生氣泡,建議不要選用鐵係磷化。質量較好的內防腐塗料目前仍然是解決漏水很重要的一個方麵。如果內防腐質量較差,在關鍵部位不可能達到防腐要求,結果是花錢解決不了問題,給以後造成很大隱患。

  內防腐塗料的選擇要領

  1、看似黏度很大,稀釋後掛不住,會露底,樹脂含量低,堅決不用。

  2、盡量選擇揮發性適度的塗料,揮發太快,易造成內壁流平不佳,局部塗層厚,衝刷過狠,產生衝刷腐蝕;並且指幹太快,嚴重影響熱固化塗料的樹脂交聯反應。

  3、聲稱可以不烘幹水分就能直接塗裝的材料一定慎重使用。

  4、塗料攪拌均勻後,不易沉降(稀釋劑過量除外)。

  5、塗料固化後表麵必須光滑發亮。發烏說明樹脂含量低,嚴重影響防腐性能;粗糙有顆粒,說明研磨不好,一個大顆粒可能有10多個微米,而一般塗層也就20多微米,很容易形成腐蝕點而穿孔。

  6、盡可能選用環保的內防腐塗料。油性塗料的毒性一般來源於苯、醛、醚類溶劑;氣味是判斷環保與否的另一個標準。苯類有苦杏仁味,氣味不是很大;醛、醚有較大氣味;醋酸酯類溶劑有較大酸味,毒性很低;醇類毒性低,氣味很小。有的塗料開始不一定有很大的味,但是烘幹完了以後,味道特別大而且冒黑煙,這種塗料不能用。一般來說,塗料灌裝時氣味多大,烘幹的時候就有多大,不會相差那麽多。

  總體而言,固化後內防腐塗層必須耐高溫、耐溫差、耐鹽、耐堿性、耐弱酸、硬度高。一般大氣重防腐塗料不適用於散熱器,更不用說防腐底漆了,防腐底漆用開水泡,很快就會脫落。不信可以試試!真正想要發展就不能糊弄自己。高質量的塗料和高質量的磷化膜結合,在溫變下就不發生剪切應力,磷化膜和塗料不脫離,耐腐蝕性高。

  內防腐快速檢驗方法如下

  試片:塗膜厚為15±1μm的內防腐, 烘幹後備用(TH-11塗料,按1:0.3稀料,塗後為15±1μm)。

  實驗液配製:5%氯化鈉、5%工業火堿,用自來水配成溶液,加熱到90℃以上備用。

  試驗方法: 將試板浸泡在配好的熱藥水裏,液體降低時,補加自來水,保持水位不變。

  合格要求: 內防腐塗料起泡時間大於一個小時。

  在技術服務過程中,發現有些單位磷化後作如下處理:鋅係磷化水洗後重新返回表調劑中浸泡或鈍化,鐵係磷化後進行鈍化。原因是防止磷化後生鏽。好的磷化膜是不會生鏽的,用帶堿性的表調水浸泡磷化膜層,或用鈍化液處理,那還磷化幹嘛?這樣處理的危害是:造成磷化膜層和塗料的結合力極大下降。另外成本增加。

  總之,散熱器前處理很重要,就像地基,把它做好了,企業就沒有後顧之憂。前處理占整個成本的比例並不大,質量好的前處理,單價雖然高些,但單位成本並不高。這是一個少投入、大回報、事倍功半的思維方式,以上是我對散熱器的金屬表麵前處理方麵的一些見解和經驗。

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